Підвищення точності та оперативності геодезичного контролю при експлуатації мостових кранів і підкранових колій

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

УДК 528.48

Підвищення точності та оперативності геодезичного контролю при експлуатації мостових кранів і підкранових колій

Спеціальність 05.24.01 - Геодезія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Мазикіна Ольга Борисівна

Київ 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Криворізькому технічному університеті, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент Тарапата Віктор Якович, Криворізький технічний університет, доцент кафедри прикладної та вищої геодезії.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Боровий Валентин Олександрович, Київський національний університет будівництва і архітектури, професор кафедри інженерної геодезії;

кандидат технічних наук Телятник Анатолій Олексійович, Головне управління геодезії, картографії та кадастру, начальник відділу організації та нормативного забезпечення виробництва.

Провідна установа:

Донецький державний технічний університет, кафедра геоінформатики та геодезії, Міністерство освіти і науки України, м.Донецьк

Захист відбудеться “16”червня 2000 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.09 в Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою: 03037, Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31, ауд.466.

З дисертацією можна ознайомитися в науково-технічній бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31.

Автореферат розісланий “11” травня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук, доцент О.П.Ісаєв

АНОТАЦІЇ

Мазикіна О.Б. Підвищення точності та оперативності геодезичного контролю при експлуатації мостових кранів і підкранових колій.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата техничних наук за спеціальністю 05.24.01 - Геодезія. - Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2000.

Дисертація присвячена питанням розробки методів і засобів геодезичного контролю геометричних параметрів системи мостовий кран - підкранова колія з метою підвищення точності, оперативності і безпеки робіт.

Показано, що розроблена методика планово-висотної зйомки колій автоматизованою лазерною системою і комп'ютерна обробка фотознімків представляють нове рішення науково-практичної задачі визначення геометричних параметрів підкранових колій.

На основі автоколімаційного методу розроблено високоточний спосіб визначення горизонтального перекосу ходових коліс мостових кранів.

Здійснено промислове впровадження запропонованих розробок та показано їх економічну ефективність.

Ключові слова: геодезичний контроль, геометричні параметри, дослідження, підкранова колія, точність вимірювань.

Мазыкина О.Б. Повышение точности и оперативности геодезического контроля при эксплуатации мостовых кранов и подкрановых путей.- Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.24.01 - Геодезия. - Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 2000.

Диссертация посвящена вопросам повышения точности геодезических работ при эксплуатации мостовых кранов. Значительные различия по конструкции, условиям эксплуатации, требуемая высокая точность, оперативность измерений и вычислений геометрических параметров системы кран - подкрановый путь, отсутствие серийного производства приборов для осуществления геодезических измерений параметров системы вызвали необходимость усовершенствования и разработки методов и средств измерений.

Разработаны методики и устройства измерения ширины колеи контактным и механическим способом, которые обеспечивают высокую точность, производительность и безопасность работ в различных условиях эксплуатации подкрановых путей. Погрешность определения ширины колеи подкрановых путей по предложенным методикам согласуется с теоретическими расчетами и с требуемой точностью измерений.

На основе анализа технических характеристик и требований, предъявляемых к лазерным приборам, разработан лазерный нивелир, изготовлен опытный образец, проведены его испытания и определены его технические характеристики. Разработана аппаратура и выполнены экспериментальные исследования по установлению степени влияния воздушной среды на точность измерений в производственных условиях цехов машиностроительного завода. Для определения планово-высотного положения подкрановых путей при непрерывном технологическом процессе автором разработана автоматизированная лазерная система и усовершенствована методика измерений. Экспериментально проверена и подтверждена их высокая точность и оперативность. Разработан алгоритм определения геометрических параметров пути на персональном компьютере в операционной среде Windows с использованием пакета программ (Adobe PhotoShop, Microsoft Excel) и выполнены исследования точности компьютерной обработки фотоснимков.

Методика планово-высотной съемки подкрановых путей автоматизированной лазерной системой и автоматизированная технология обработки результатов измерений представляют новое решение научно-практической задачи определения геометрических параметров подкрановых путей.

С целью установления характера изменения пространственного положения подкрановых путей во времени при равномерных, неравномерных и динамических нагрузках на подкрановые пути были проведены исследования, которые показали, что величина и интенсивность изменения геометрических параметров путей в основном зависят от времени их эксплуатации и вида нагрузок на конструкции.

Нормальная эксплуатация мостовых кранов в течение установленного срока службы зависит от своевременного выявления износа путей. Мостовой кран и его подкрановый путь представляют одну систему, геометрические параметры которой должны быть согласованы. Наряду с определением геометрических параметров путей необходим регулярный контроль положения ходовых колес мостовых кранов.

Вследствие неточности монтажа осей ходовых колес, неравенства диагоналей моста во время эксплуатации крана происходит перекос и наклон колес, то есть отклонение колес от горизонтальной и вертикальной плоскостей. Перекос и наклон ходовых колес кранов приводит к деформации подкрановых конструкций, повышенному износу боковых граней рельсов и реборд колес и может вызвать аварийные ситуации.

На основе автоколлимационного способа усовершенствован метод высокоточного определения перекоса ходовых колес в горизонтальной плоскости. Использование автоколлимационных теодолитов и подвижных визирных марок позволит автоматизировать построение параллельных створов, относительно которых призводится измерение расстояний до наружной части ходовых колес. Разработаны и изготовлены специальные устройства и подставки для установки на рельсах теодолитов и марок.

Для измерения наклона ходовых колес - отклонения от вертикальной плоскости, рекомендована методика, которая базируется на использовании разработанного и изготовленного прибора. Прибор удобен в работе и дает надежные результаты.

Разработанные методы и средства геодезического контроля геометрических параметров системы кран - подкрановый путь внедрены на производстве. Внедрение результатов исследований позволило в значительной мере повысить точность, безопасность и оперативность геодезических работ.

Ключевые слова: геодезический контроль, геометрические параметры, исследования, подкрановый путь, точность измерений.

Mazykina O.B. Accuracy and Efficacy increase in bridge cranes and crane rails Geodetic Checking.- Manuscript.

Thesis for an academic degree of Candidate of Technical Sciences in speciality 05.24.01 - Geodesy. - Kyiv National University of Construction and Architectures, Kyiv, 2000.

The thesis deals with developing methods and manners of highly accurate, rapid and safe geodetic checking of bridge crane - crane rails system geometrical parameters. For this purpose a new method of planned high-altitude survey of rails by automated laser system and further computer processing of photos has been developed. The method developed represents quite a new solution of scientific and a practical problem in determining crane rails geometric parameters

A method of bridge crane wheels horizontal skewness highly accurate determination has been developed, autocollimation taken as its basis.

Commercial introduction of the developments has been carried out and their economic efficacy presented.

Key words: geodetic checking, geometric parameters, crane rails, accuracy of measurement, investigations.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

геодезичний колія кран рефракція

Актуальність теми. Практично у всіх галузях народного господарства, а особливо на підприємствах важкої промисловості, невід'ємним елементом технологічного процесу є підйомно-транспортне устаткування. Переміщення вантажів в цехах і складських приміщеннях промислових підприємств здійснюється, в основному, мостовими кранами. Виконання виробничих завдань, інтенсивність та ефективність роботи підприємства залежить від надійності і довговічності вантажопідйомних кранів, стабільність роботи яких залежить від точності установки ходових коліс, якості монтажу підкранових колій та дотримання необхідних геометричних параметрів колій впродовж терміну їх служби.

В Україні видані нормативні документи, які регламентують допустимі величини нахилу та перекосу ходових коліс кранів і технічні вимоги до геометрії підкранових колій в процесі їх експлуатації. Щоб уникнути деформацій підкранових конструкцій і запобігти аварій, передбачено регулярний геодезичний контроль, який дозволяє одержати інформацію про фактичне положення рейкових вісей і ходових коліс кранів.

Зросли вимоги до точності геодезичних вимірів геометричних параметрів системи кран - підкранова колія. Це викликає необхідність удосконалення і розробки методів і засобів для перевірки колій на рівні сучасних науково-технічних досягнень.

Проведення якісного оперативного контролю геометричних параметрів вантажопідйомного обладнання і підкранових колій є однією з головних задач по забезпеченню нормальної та безпечної роботи на підприємстві. В цехах з безперервним технологічним циклом питання оперативної зйомки колій особливо актуальне.

На основі аналіза літературних джерел встановлено, що для підвищення точності геодезичних робіт перспективним є застосування лазерних та автоколімаційних приладів. Виходячи з цього, можна зробити висновок про актуальність розробок високоточних методів геодезичних вимірювань за допомогою автоматизованих лазерних систем, приладів і пристроїв. При цьому не менш актуальною є автоматизація опрацювання геодезичних даних на персональному комп'ютері.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках науково-дослідних тем кафедри прикладної та вищої геодезії Криворізького технічного університету “Дослідження деформацій підкранових колій мостових кранів”. Проведення досліджень виконувалося на замовлення Криворізького турбінного заводу ВАТ “Констар”.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є розробка методик вимірювань, що забезпечують підвищення точності та оперативності геодезичних робіт, за рахунок створення автоматизованої лазерної системи для планово-висотної зйомки підкранових колій, приладів для вимірювання ширини колії та визначення перекосу ходових коліс мостових кранів, а також методики автоматизованого опрацювання геодезичних даних на персональному комп'ютері.

У відповідності з метою роботи визначені наступні задачі досліджень:

1. Аналіз методів і засобів геодезичного контролю геометричних параметрів підкранових колій і визначення положення ходових коліс мостових кранів.

2. Розробка автоматизованої лазерної системи і методики вимірювань, а також алгоритму визначення геометричних параметрів колій і методики обробки фотознімків на персональному комп'ютері.

3. Дослідження впливу рефракції на траєкторію лазерного променя у виробничих умовах закритих приміщень.

4. Розробка методик і пристроїв для оперативного вимірювання ширини колії і визначення перекосу ходових коліс.

5. Дослідження зміни геометричних параметрів підкранових колій від терміну їх експлуатації і виду навантажень.

6. Доведення розробок для використання у виробничих умовах.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Розроблено автоматизовану лазерну систему, удосконалено методику визначення геометричних параметрів підкранових колій, яка забезпечила підвищення точності та оперативності геодезичних робіт при безперервному технологічному процесі.

2. Розроблено алгоритм та автоматизовану технологію обробки фотознімків на персональному комп'ютері з використанням пакету програм.

3. Виконані дослідження по визначенню зміни просторового положення підкранових колій від терміну їх експлуатації, динамічних і статичних навантажень.

4. Розроблені і удосконалені методи, що базуються на використанні приладів і пристроїв, які підвищують точність геодезичних вимірювань геометричних параметрів системи кран - підкранова колія.

Практичне значення одержаних результатів. Результати дисертаційної роботи впроваджені Криворізьким турбінним заводом ВАТ “Констар”.

Окрім того, результати розробок і досліджень використані в учбовому процесі Криворізького технічного університету в курсі “Автоматизація геодезичних вимірів” для студентів спеціальності “Інженерна геодезія”, у дипломному та курсовому проектуванні.

Впровадження розроблених методів, приладів і пристроїв для визначення геометричних параметрів системи кран-підкранова колія, а також комп'ютерного опрацювання геодезичних даних дозволило:

- підвищити точність і оперативність вимірювань геометричних параметрів підкранових колій і перекосу ходових коліс мостових кранів;

- скоротити час на обчислювальні роботи;

- забезпечити безпечне виконання геодезичних робіт на надземних під-кранових коліях.

Особистий внесок здобувача. Результати досліджень, викладені в дисертаційній роботі, отримані автором особисто. В роботах, опублікованих у співавторстві, дисертанту належить:

- постановка задачі, розрахунки, обгрунтування підвищення точності при роботі з лазерним нівеліром [2].

- постановка задачі, розробка методики визначення перекосу ходових коліс мостових кранів, розрахунок точності вимірювань, безпосередня участь у вимірюваннях, обчислення та аналіз результатів [5];

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на Всеукраїнській науково-технічній конференції (м. Дніпропетровськ, 1997 р.) та Міжнародній науково-практичній конференції (м. Дніпропетровськ, 1999 р.), які проводились у Національній гірничій академії України з таких напрямків : “Современные пути развития маркшейдерско-геодезических работ на базе передового отечественного и зарубежного опыта” (1997 р.), “Проблемы и перспективы использования геоинформационных технологий в горном деле” (1999 р.).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 5 робіт та одержано два рішення з науково-дослідного Центру патентної експертизи про видачу патентів на винаходи.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи становить 137 сторінок. Вона вміщує 22 рисунка на 19 сторінках, 18 таблиць на 20 сторінках, чотирі додатка на 4 сторінках, список використаних джерел (127 найменувань) на 12 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та задачі для її досягнення, визначено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі подано аналіз робіт, присвячених визначенню геометричних параметрів системи кран-підкранова колія вантажопідйомного устаткування. Аналіз літературних джерел показав, що в умовах підвищеної небезпеки потрібно виконувати геодезичні вимірювання з високою точністю і за короткий час. Для реалізації цих вимог необхідно мати спеціальні технічні засоби і методику вимірювань, що по точності та оперативності відповідають рівню вирішення поставленої задачі.

Для вимірювання ширини колії контактним та механічним способами відомі прилади, розроблені В.М. Ганьшиним, Д.Н. Кавунцем, Ф.Г. Кочетовим, І.М. Рє-паловим, Г.А. Шеховцовим, І.К. Яценком та інші.

Автоматизувати вимірювання ширини колії дозволили розробки пристроїв з використанням різних датчиків, приладів з цифровою індикацією та інші. Однак деякі з пристроїв не призначені для вимірювань на висоті, складні у виготовленні та експлуатації, а також потребують попереднього тарування на спеціальному обладнанні. Інші розробки виконані на конструкторському рівні і не надійшли до серійного виробництва.

Прагнення знизити трудомісткість, підвищити точність вимірювань і безпеку робіт обумовило розробку приладів і методів для визначення планового і висотного положення підкранових колій. Цьому питанню присвячені роботи В.Я. Анцибора, П.І. Барана, С.П. Войтенка, М.Є. Ламбіна, Г.М. Литвина та інші. Запроваджені прилади і методи, розроблені для певних умов, вдосконалювались, доповнюючи один одного.

Аналіз методів геодезичного контролю геометричних параметрів колій показав, що сучасний розвиток науки і техніки дозволяє автоматизувати геодезичні вимірювання, включаючи гіроскопи, лазерні системи, спеціальні профілографи з візуальною реєстрацією вихідних даних, фотореєстрацією або за допомогою кінокамер та телевізійних установок. Однак серійний випуск цих приладів і систем в нашій країні не налагоджено, а прилади зарубіжних країн по вартості недоступні більшості споживачів. Тому перспективним напрямком є розробка методик, приладів і автоматизованих лазерних систем, які підвищують точність вимірювань.

Однією із складних задач в інженерно-геодезичній практиці є визначення перекосу ходових коліс, до точності вимірювань якого пред'являються доволі жорсткі вимоги. В роботах ряду дослідників: М.А. Голендухіна, В.Н. Комісарова, В.І. Кузьмина, Г.М. Литвина, Т.А. Наливайка, В.Г. Потюхляєва, В.Ф. Чер-нікова та інших розглядається визначення перекосу ходових коліс. Відомі способи та пристрої для визначення перекосу коліс в значній мірі сприяють виконанню поставленої задачі, але не вирішують її повністю. Тому необхідне подальше удосконалення методики вимірювань і розробка більш досконалих приладів і пристроїв, що дозволять з високою точністю виконувати контроль положення ходових коліс мостових кранів.

Виконані розрахунки необхідної точності геодезичних вимірювань при контролі геометрії підкранових колій та перекосу ходових коліс за декількома методиками, що стали обгрунтуванням для розробки методів і засобів вимірювань геометричних параметрів системи кран - підкранова колія.

У другому розділі наведені розроблені методики і пристрої для визначення ширини колії контактним та механічним способами.

Пристрій для вимірювання контактним способом представлений на рис.1, на якому позначені: струбцина 1, вимірювальна стрічка 2, динамометр 3, натяжний гвинт 4, центр струбцини 5, важілі 6, ручка 7, гвинт 8, маховик 9, ручка маховика 10, верньєр 11 та спеціальні приставки для різних профілів головки рейок 12.

При вимірюванні ширини колії пристроєм враховувались похибки за компарування, провисання вимірювальної стрічки, від впливу температури навколишнього середовища. Дослідження показали, що з шести серій спостережень, в кожній з яких по 30 вимірів, середня квадратична похибка одного вимірювання склала 1,5 мм.

Пристрій раціонально використовувати при визначенні базисів і на невеликих ділянках, а також під час рихтування і ремонту колії.

Виходячи з необхідної точності і безпеки праці, розроблена методика і пристрій для вимірювання ширини колії механічним способом, який значно підвищує оперативність вимірювань за рахунок того, що не використовується стрічка.

Пристрій складається із струбцини з рівнем, навідними гвинтами, прозорою вертикальною стойкою з індексом, що збігається з віссю рейки, та металевої лінійки, яка оцифрована в обидва боки від нуля. Методика визначення ширини колії полягає у слідуючому. На одному кінці підкранових колій, де розташований кран, фіксують вісі рейок і двічі вимірюють ширину колії (базис В) розробленим пристроєм для визначення віддалей контактним способом. Після цього перед краном безпосередньо над вісями рейок виставляють пристрої для вимірювання ширини колії механічним способом, проектуючи вісі рейок на очисні щитки мостового крану. Закріплюють лінійки на очисних щитках таким чином, щоб їх нулі збігалися з вісями рейок. Віддаль між нулями лінійок залишається незмінною і відповідає виміряному базису В. Переміщуючи кран, на кожному поперечнику виставляють пристрої і визначають по лінійках відліки та від нуля до індексу вертикальної стойки кожного пристрою.

Ширина колії L i визначається за формулою

, (1)

де В - базис;

, - відліки по лінійках відносно індексу вертикальної стойки;

- номер поперечника.

Встановлено, що на точність визначення ширини колії впливають похибки вимірювання базису mб, а також визначення величин та . У свою чергу, на точність визначення останніх впливають такі джерела похибок: фіксації вісі рейки m1, установки струбцини над віссю рейки m2, установки стойок в вертикальне положення m3, похибка через зміну температури навколишнього середовища m4, похибка відліку по лінійках m5. Середня квадратична похибка визначення ширини колії механічним способом, за умови, що базис вимірюється двічі, буде дорівнювати

(2)

.

За результатами експериментальних досліджень встановлено , що середня квадратична похибка вимірювання ширини колії механічним способом складає 1,8 мм. Середня квадратична похибка одного вимірювання, отримана за результатами подвійних вимірів, дорівнює 1,2 мм.

Дослідження показали, що пристрій забезпечує високу точність, зменшує у два рази час на вимірювання порівняно з контактним способом і знайшов широке застосування, особливо в цехах, де неможлива тривала зупинка кранів.

У третьому розділі подано аналіз технічних характеристик та вимоги до лазерних приладів геодезичного призначення. Виконані розрахунки для розробки лазерного нівеліра. Виготовлений дослідний зразок, проведені випробування і визначені його технічні характеристики.

Розроблено методику, апаратуру і виконані експериментальні дослідження по виявленню ступеня впливу повітряного середовища на точність вимірювань в умовах закритого приміщення на створі довжиною 200 м. Встановлено, що максимальний дрейф пучка у вертикальній площині не перевищує 20, а в горизонтальній - 15. Після прогріву лазера впродовж 25 хвилин нестабільність положення вісі пучка не перевищує 1 - 2 .

Для визначення геометричних параметрів підкранових колій автором розроблена автоматизирована лазерна система, яка складається з формувача опорного лазерного пучка, екрана-марки та фотореєструючої апаратури.

Формувач опорного лазерного пучка складається з лазерного нівеліра, блоку живлення та підставки.

Екран-марка включає екран, на якому підвішена рухома марка і електронний лічильник кадрів. За допомогою затискачів екран-марка закріплюється на очисному щитку крана. Рухома марка автоматично виставляється вертикально. Фотореєструюча апаратура являє собою фотоапарат, який за допомогою кронштейну закріплюється на очисному щитку крана.

Автоматизована лазерна система виставляється таким чином, щоб опорний лазерний промінь був перпендикулярним до площини марки і співпадав з перехрестям сітки марки, а в коло зображення об'єктива фотоапарата попадали рейка та рухома марка екрана з лазерною плямою.

Визначення геометричних параметрів підкранових колій ведеться за розробленим автором алгоритмом, представленим на рис. 2.

Розрахунки геометричних параметрів підкранових колій виконуються по результатам обробки фотознімків на персональному комп'ютері з установленою операційною системою Windows та пакетом програм (Adobe PhotoShop, Microsoft Excel).

Розроблений алгоритм обчислення геометричних параметрів підкранових колій.

Для перетворювання фотознімків в растрове зображення на монітор комп'ютера використовували сканер з дозвільною спроможністю не менш 300 точок на дюйм. Фотознімки сканували в програмі Adobe PhotoShop.

Дослідження, виконані в лабораторних і експериментальних умовах показали, що середня квадратична похибка комп'ютерної обробки знімків складає 0,5 мм.

Комп'ютерна обробка фотознімка полягає у визначенні координат центра лазерної плями 1, центра сітки марки 2, осі рейки 3 для визначення планово-висотного положення точок рейкових вісей (рис.3).

Відхилення вісей лівої та правої рейок і від опорних ліній, які створені лазерним пучком, визначають по фотознімках від осі рейки до центра лазерної плями.

Виконані автором дослідження показали, що на точність визначення положення вісей рейок в горизонтальній площині впливають: кутова нестабільність лазерного пучка mл , похибка центрування лазерного нівеліра mц наведення лазерного пучка на центр сітки екрана mн , комп'ютерної обробки фотознімка mо , установки экрана-марки над віссю рейки mу. Середня квадратична похибка планового положения рейкових вісей визначиться за формулою

(3)

і при довжині колії 200 м складе 1,4 мм.

За величинами і з урахуванням їх знаків обчислюють ширину колії за формулою

(4)

де, Вп , Вк- ширина колії, вимірена на початку і в кінці колії;

N - число поперечників;

n - номер поперечника, що досліджується.

Визначення ширини колії залежить від похибок вимірювання базисів mБ і визначення планового положення колій mГ. При трьохкратному вимірюванні базисів середня квадратична похибка обчислення ширини колії mL складе 2,3 мм.

Висотні позначки Hnґ вісей лівої рейки обчислювали з урахуванням перевищень hnґ (див. рис.3), які визначаються по знімках (для лівої рейки) від горизонтальної осі сітки марки до центра лазерної плями

, (5)

де іФґ- віддаль від головки лівої рейки до центра об'єктива лазерного нівеліра;

іеґ- віддаль від головки лівої рейки до перехрестя сітки екрана- марки і центра лазерної плями.

Висотні позначки вісей правої рейки обчислювали з урахуванням перевищень , які визначаються по знімках для правої рейки, виходячи з висотної позначки першої точки правої рейки

, (6)

, (7)

де - віддаль від головки правої рейки до центра об'єктива лазерного нівеліра;

- віддаль від головки правої рейки до перехрестя сітки екрана-марки і центра лазерної плями;

С - відлік по лінійці при передачі висотної позначки першої точки лівої рейки.

Середня квадратична похибка визначення висотної позначки mв положення правої рейки залежить від передачі вихідної позначки на праву рейку mвих, наведення лазерного пучка на центр сітки экрана mн , точності самоустановки лінії візування mс, похибки комп'ютерної обробки фотознімка mо, впливу рефракції mр і складає

(8)

При довжині рейкової колії 200 м mв = 1,0 мм.

Для порівняння результатів згідно запропонованої методики проведені контрольні вимірювання, які включали в себе визначення положення рейок окремо в плані і по висоті. Одержані значення геометричних параметрів підкранових колій під час контрольних вимірювань збігаються з результатами розробленої методики і дозволили виконати оцінку точності. Встановлено, що середня квадратична похибка визначення відхилень вісей рейок від прямої лінії складає 1,9 мм, висотні позначки визначені з середньою квадратичною похибкою 1,4 мм, а точність вимірювання ширини колії дорівнює 2,5 мм.

Виконані дослідження, які дозволили виявити величини і характер зміни геометричних параметрів підкранових колій в залежності від рівномірних, нерівномірних і динамічних навантажень на конструкції і терміну їх експлуатації. Встановлено, що при рівномірних навантаженнях на підкранові колії через півроку відносно попередніх вимірювань, їх параметри змінюються на 4 - 7 мм. Через 2 роки дослідження геометрії підкранових колій привели до висновку, що рихтувальні роботи необхідно проводити тільки на окремих незначних ділянках. В місцях, де виникають нерівномірні і динамічні навантаження, практично через півроку потрібно виконувати рихтувальні роботи.

У четвертому розділі запропоновано методику визначення перекосу ходових коліс мостових кранів на основі високоточного автоколімаційного способу за допомогою теодолітів 2Т 2А та рухомих візирних марок. Для цих цілей розроблені і виготовлені спеціальні пристрої і підставки для установлення на рейках теодолітів та марок.

Для визначення перекосу ходових коліс мостового крану на рівних віддалях від вісей коліс О1 та О2 на рейки закріплюють підставки, на яких виставляють теодоліти (рис.4). Завдяки спеціальній конструкції підставок, теодоліти зміщені відносно вісей рейок на 0,5 м у напрямку до колон.

З іншої сторони крану на рейках виставляють марки М1 та М2, використовуючи спеціальні підставки.

Для побудови базової лінії Т1Т2 виконують взаємне візування автоколімаційних зорових труб теодолітів методом “сітка в сітку”, одержуючи суміщення їх штрихів. Від базової лінії теодолітами відкладають прямі кути чотирма прийомами за допомогою рухомих візирних марок.

Подальші дії полягали у вимірюванні віддалей аі та аі' від створів Т1М1 та Т2М2 до зовнішньої площини коліс. Для цього використовували спеціальний штангенциркуль з рухомою маркою та насадку з оптичним мікрометром і плоскопаралельною пластинкою. Відліки аі та аі' складаються із суми відліків за шкалою рухомої марки і шкалою мікрометра.

Визначають лінійний перекос коліс за формулою

. (9)

Перекос колеса Г в горизонтальній площині визначається за формулою

(10)

де Д - діаметр колеса.

На основі виконаного автором розрахунку точності вимірювань встановлено, що середня квадратична похибка визначення горизонтального перекосу коліс залежить від похибки m1 непаралельності ліній О3О4 та Т1Т2 , відкладання прямих кутів - m2, вимірювання віддалей аі та аі' - m3, що становить

. (11)

Непаралельність ліній О3О4 і Т1Т2 визвана похибкою відкладання віддалей Т1О4 і Т2О3. Точність відкладання віддалей компарованою рулеткою з міліметровими поділками дорівнює 0,5 мм, тоді середня квадратична похибка при чотирьохкратному відкладанні двох віддалей Т1О4 і Т2О3 буде дорівнювати mвідкл = 0,35 мм, що в кутовій мірі складе

, (12)

де L - ширина колії.

Для L = 30 м .

Наявність кута спричинить похибку в побудові створів Т1О4 і Т2О3 , що в свою чергу вплине на точність вимірювання віддалей аі та аі' . Похибку m1 можна обчислити за формулою

. (13)

Для Т1О4 = 8 м; = 2,4; m 1 = 0,09 мм.

Середня квадратична похибка вимірювання кутів 1 і 2 визначається за формулою

, (14)

де mс = 0,5 - середня квадратична похибка суміщення штрихів сіток автоколімаційних зорових труб;

= 2- середня квадратична похибка вимірювання кута одним прийомом;

n - число прийомів.

При вимірюванні кутів чотирма прийомами похибка m2 =1,1, що в лінійній мірі буде дорівнювати 0,05 мм.

Похибка m3 вимірювання відрізків ai і ai складається з похибок візування, відліків за шкалою рухомої марки і мікрометра, і на підставі розрахунків при віддалі від теодоліта до колеса 8 м буде дорівнювати 0,07мм.

Тоді середня квадратична похибка визначення перекосів коліс складе mа=0,12 мм.

Допустимі значення перекосів ходових коліс залежать від діаметра коліс, тому необхідну точність можна одержати за рахунок методики вимірювання кутів та віддалей.

Для визначення нахилу коліс автором розроблена методика з використанням приладу, виконаного на базі кіпрегеля КБ. Прилад прикладають лінійкою до вертикального діаметру зовнішньої частини колеса, виводять бульбашку рівня на середину, фіксують це положення і беруть відлік, величина якого показує вертикальний нахил колеса в кутовій мірі. Прилад зручний в роботі та дає надійні результати.

За розрахунками автора, точність визначення нахилу коліс залежить від похибки m1 , що виникає із-за шорсткості бокової поверхні колеса, та приладової похибки визначення кута - m2 . Середня квадратична похибка визначення вертикального перекоса складає 0,4 мм.

Експериментальна перевірка запропонованої методики визначення перекосу та нахилу ходових коліс була виконана в шести цехах Криворізького турбінного заводу ВАТ “Констар” для 15-ти мостових кранів. Для кожного крану перекос та нахил коліс визначався двічі. Виявлено, що практично всі крани мають наднормативний перекос коліс. За результатами подвійних вимірювань горизонтального перекосу коліс по розробленій методиці середня квадратична похибка одного вимірювання сягала 0,1 мм. Величина середньої квадратичної похибки одного вимірювання перекосу коліс в вертикальній площині склала 0,14 мм.

ВИСНОВКИ

Результати виконаних автором розробок і досліджень в напрямку підвищення точності і оперативності геодезичних вимірювань при експлуатації системи кран - підкранова колія, представлених до захисту, дають можливість зробити такі висновки:

Аналіз літературних джерел показав, що значні відмінності в конструкції, умовах експлуатації, потрібна висока точність, оперативність вимірювань і обчислень геометричних параметрів системи кран - підкранова колія визвали необхідність удосконалення і розробки методів і засобів вимірювань на сучасному рівні. Виконані розрахунки потрібної точності визначення геометричних параметрів системи стали обгрунтуванням для розробки методів і засобів вимірювань.

2. Розроблені методи і пристрої, що підвищують точність і оперативність вимірювання ширини колії, розширюють можливість застосовувати такий спосіб, який відповідає конструктивним особливостям підкранових колій і умовам їх експлуатації.

3. Розроблено, на рівні винаходу, автоматизовану лазерну систему, удосконалено методику визначення геометричних параметрів підкранових колій, експериментально перевірено, підтверджено їх високу точність і оперативність при безперервному технологічному процесі.

4. Розроблено алгоритм визначення геометричних параметрів колій і автоматизовано процес обробки фотознімків на персональному комп'ютері з використанням пакету програм.

5. Досліджено вплив рефракції на траєкторію лазерного променя, що дозволило встановити похибку від неї на точність вимірювань у виробничих умовах закритих приміщень.

6. Виконані дослідження по визначенню величин і характеру зміни просторового положення підкранових колій від терміну їх експлуатації, динамічних і статичних навантажень.

7. На основі автоколімаційного способу удосконалено високоточний метод визначення горизонтального перекосу ходових коліс мостових кранів і розроблено методику визначення вертикального перекосу коліс, що значно сприяє підвищенню точності геодезичних вимірювань.

8. Розроблені методи і засоби геодезичного контролю геометричних параметрів системи кран - підкранова колія впроваджені на Криворізькому турбінному заводі ВАТ “Констар” та використані в учбовому процесі Криворізького технічного університету, що підтверджено відповідними актами. Впровадження результатів досліджень дозволило в значній мірі підвищити точність, безпеку геодезичних робіт, скоротити час на їх виконання.

СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ

1. Мазыкина О.Б. Устройство для определения ширины колеи подкрановых путей//Сб.: Разраб. руд. месторождений. - Кривой Рог: КТУ. - 1998. - № 63. - С. 78-81.

2. Тарапата В.Я., Мазикіна О.Б. Розробка лазерного нівеліра//Інженерна геодезія. - Київ. - 1999. - № 41. - С. 170-172.

3. Мазыкина О.Б. Определение геометрических параметров крановых путей с применением лазерного нивелира//Сб.научн.трудов Национальной горной академии Украины. - Днепропетровск, 1999. - № 7. - Т. 2. - С. 110-114.

4. Мазикіна О.Б. Визначення перекосу ходових коліс мостових кранів/Відомості Академії гірничих наук України. - Кривий Ріг, 1998. - № 1.- С. 89-90.

5. Тарапата В.Я., Мазыкина О.Б. Определение перекоса ходовых колес мостовых кранов автоколлимационным способом/Сб.трудов Всеукраинской научно-технической конференции “Современные пути развития маркшейдерско-геодезических работ на базе передового отечественного и зарубежного опыта” - Днепропетровск, 1997. - С. 134-137.

Размещено на Allbest.ru